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AI人工智能实验室之1.AI智慧城市模型 AI智慧城市模型为各个系统提供相应的场景，使得智慧社区、智能车辆管理、ETC控制、城市环境监测、智能停车
智慧城市系统(IntelligentCitySystem，简称ICS)是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个城市管理而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合管理系统。ICS可以有效地提升出行便捷程度、呈现丰富环境信息、减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率。
本系统以城市道路交通、商圈社区为原型，综合运用无线网络、AI人工智能、RFID识别、传感器与控制器、AGV磁导航、嵌入式系统、移动互联网、云计算等技术，依托部署在实景沙盘中的传感与控制、无线网络、智能实训车、视频监视、智能网关等设备实现模拟城市的智能控制与管理，帮助学生熟悉智慧城市系统相关项目的开发，完成从具体基础知识点到综合应用的提高。
沙盘上的局部场景由模块化部件搭建而成。场景主要包含智能公交控制、交通指示灯、ETC控制系统、智能停车场、危险路段监视、环境监测、物联网应用、智能路灯、车流量监测、车牌识别、车辆定位等，场景中布置对应功能的传感器与执行器。沙盘综合体现并实现以下功能：智慧社区、智能交通、智能停车场、环境监测、物理网应用、路径规划以及VR虚拟现实应用等。其中智能交通主要以沙盘上的公路网、公交车和停车场来体现，其他功能分别对应到沙盘上具体的区域。
图1产品实图
AI人工智能技术应用在智能停车系统中，系统会自动识别车牌信息、实施动态分配车位，并可以根据停车时长进行相对应的扣费操作。
沙盘上的智能小车采用AGV磁导航方式运行，其中沙盘中提供给小车磁导航的磁条埋设在沙盘路面以下，从沙盘上看不到磁条，不破坏沙盘整体美观。
组网采用ZigBee技术实现互联，其中ZigBee部分采用CC2530处理器，且提供独立的CC2530模块节点， CC2530节点安装采用卡子接插件方式，可以在不用任何工具的情况下对节点进行拆卸，不需要使用胶水或螺丝固定，方便学生进行拆卸和二次重构。
VR虚拟现实增加了沙盘的体验度，通过智能车的第一视角，体验智能车在沙盘模型上的运动路线，使得该沙盘更加的贴近实际。
图2VR智慧城市系统界面
产品特色
1.AI智慧城市模型
AI智慧城市模型为各个系统提供相应的场景，使得智慧社区、智能车辆管理、车辆追踪、ETC控制、城市环境监测、智能停车场、城市灯光控制、危险路段预警、交通灯指示、车流量检测、物联网应用、物联网实训智能车、VR虚拟显示应用、移动终端控制、智能网关、物联网云服务器等系统融合在一起，形成一套完整的城市模型
2.智慧社区系统
智慧社区是指社区管理的一种新理念，其涉及到智能楼宇、智能家居、路网监控、险情警报与数字生活等诸多领域，为社区居民提供一个安全、舒适、便利的现代化、智慧化生活环境，从而形成基于信息化、智能化社会管理与服务的一种新的管理形态的社区。 沙盘配有智慧社区系统，通过家庭消防传感点的互联，家庭预警、小区排查、消防自动调度、最优路线调度以及消防优先通行等，实现消防隐患的第一时间预警，未来的消防是建立在物联网互联上的智能消防。系统在合适的位置上布置物联网应用检测的相关传感器，主要有烟雾、可燃气、火焰、人体红外等传感器，传感器数据采集后通过ZigBee无线实时上传到智能网关系统，智能网关系统系统将相应数据汇总并上传至服务器，以供物联网应用系统等进行信息获取以及调度。
3.智能车辆管理系统
车辆管理系统，主要负责管理公交车、消防车、私家车的车辆信息，包括车牌号、驾驶号、车辆类型等相关信息。
系统配备一辆消防车，在火焰传感器侦测到社区火情信息后，自动前往报警处，防止因无人值守而延误火情。
系统标备一条完整的公交路线，并配置一组智能站牌，智能站牌实时显示公交位置与公交路线，给用户最新的公交位置，便于用户选择合适的公交；同时显示来自于物联网应用系统的实时环境信息，为用户提供最新的天气信息。
4.车辆追踪系统
视频监控系统在物联网中的应用已经非常的广泛，但视频监控中从摄像头中拍摄的图像需要人为的判断图像中的所有信息，计算机不具有检测判断的能力。因此，本系统在结合一些图像处理的技术来让计算机自动地识别、追踪沙盘中的车辆，并通过网络发送到中央运行监测调度控制系统中。本系统的主要功能包括特定的标记定位功能、颜色识别功能、运动物体的追踪等功能。
车辆追踪系统涉及数字图像处理技术、模式识别技术、计算机视觉和人工智能等多个领域和学科。
5.ETC控制系统
ETC不停车收费系统是目前世界上最先进的路桥收费方式。通过安装在车辆上的车载电子标签与在收费站 ETC 车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。
沙盘配有ETC出入站口，对过往的车辆进行智能收费，不需要人工干预。按照车辆的型号、需求的服务进行收费。车辆行驶进UHF（模拟实际ETC读写器）读卡器范围内后，UHF读卡器自动读取车辆信息，并实时反馈至物联网应用系统，并由应用系统进行调度，ETC系统自动控制电子道闸，车辆通过时，道闸栏杆自动抬起，模拟自动收费，车辆通过后，栏杆自动落下，实现不停车收费。
6.城市环境监测系统
环境检测系统将从各个区域监测点采集的实时环境质量监测数据经过运算分析后，通过网络，将数据化成为可视化公告、多媒体触摸屏查询方式，让用户能实时掌握自己所处的城市区域环境的质量状况。同时，在遇到特殊的环境状况时，也能及时向所处区域人员报警。 环境监测系统主要包含风速传感器、风向传感器、空气温湿度传感器、光照度传感器、灰尘度传感器等，传感器通过485与节点控制板通讯，采用Modbus总线协议。节点控制板通过ZigBee无线实时上传到智能网关系统，智能网关系统将数据汇总并发送至服务器。 环境监测系统主要有光照、温湿度、空气质量、风速与风向等传感器。
7.智能停车场系统
智能停车场系统具有无人值守及信息联网等特征，通过车牌识别、智能管控技术实现停车场的自动计时扣费、无人化管理；停车场的运行信息可实时发布到网络上，通过专用APP即可查看停车场的车位信息及公告。
本系统利用人工智能技术，可自动识别车辆的车牌号，以便查询驾驶号、卡内余额等信息，同时根据当前停车位的停车状况，智能分配车位。系统会记录停车时长，计算相应消费金额，并进行扣费操作。在停车场出入口安装车牌识别系统和屏幕引导系统，实时显示停车场空余车位，当车辆进入时，可引导车辆停车空闲车位，车辆出停车场时自动扣费放行；主要实现下功能：
（1）、停车引导系统：包含数据采集系统、数据通讯系统、信息发布系统和物联网应用系统。
（2）、停车场每个车位下方都有传感器，系统通过传感器可判断车位上是否有车辆停靠。
（3）、停车场支持车牌识别系统，可自动进行停车计时、费用统计、自动扣费，实现无人值守。
（4）、车位空余信息可通过物联网应用器实时统计并显示，也可以显示在停车场的信息屏。
（5）、停车场24小时监控
车牌检测主要功能是对摄像头拍摄出来的图像进行图像分析，通过图像处理技术查找一个只包含车牌的图块；字符分割功能主要是对车牌中的各个字符进行分割，获得单独字符的图块；字符识别是利用TensorFlow通过卷积神经网络训练出模型，利用模型从而得到识别结果，然后再将得到的字符串通过网络发送到中央运行监测调度控制系统。
8.城市灯光控制系统
沙盘在路段两侧配备路灯，模拟真实的路灯控制，智能路灯控制系统提供智能控制模式与时段控制模式两种。
智能控制模式：AI智慧城市实训系统实时获取环境监测站的光照度信息，智能网关系统和物联网应用系统根据光照值进行整个实训系统所有路灯的整体控制，例如光照度低于某一个值时，路灯打开，此种场景不受季节与气候影响，夏天与冬天自动调整开启与关闭时间，在特殊天气下，也可实现路灯的智能控制。
时段控制模式：该控制模式直接通过物联网应用系统进行路灯的控制，例如通过设置不同时段适用于不同季节，定时开启与关闭路灯，此种模式接近于现实的路灯控制模式。
9.危险路段预警系统
高速公路交通作为当今车辆出行的主要交通方式之一，行车的安全是重中之重。如何实现在恶劣天气条件下的道路交通管理，做到恶劣天气提前危险预警、道路畅通信息实时发布、系统联动准确及时，最大限度的减少因相关危险而为道路交通带来不利的影响，显得尤为重要。
本系统在高速路段设置有危险路段监视系统，危险路段监视系统主要模拟高山落石、泥石流危险区以及禁止行人、动物穿越的场景，当有异常触发监视系统后，局部声光报警，同时将该路段的报警信息上传至智能网关系统，智能网关系统对该路段实施紧急处理。
危险路段监视系统主要包含红外光栅、雨雪传感器、声光报警器等，红外光栅设置在道路一侧，防止落石危险入，雨雪传感器实时监测降雨降雪量，为物联网应用系统提供最新的参考信息。
10.交通灯指示系统
交通灯指示系统是交通网上的最重要的指挥管理系统，本系统除了固定时间模式之外，还提供动态调整模式。
在动态调整模式下，系统通过社区路口的车辆检测传感器进行车流量统计。控制器通过ZigBee无线通信调节红绿灯控制器的控制参数，系统看可根据车流量大小来动态调整时间间隔，例如将车流量大的方向的绿灯时间适当延长，来达到智能控制目的。系统还可以中配合央控制系统实现特定车辆优先通过等功能。
11.车流量检测系统
在关键的交通十字路口埋设红外传感器模拟地磁感应线圈，使用控制模块进行过往车辆计数，为中心控制系统提供监测路口的车流量数据；实现实时监测主干道路车流量，及时通过交通情报板进行交通信息通报和预警，引导车辆绕行；
12.物联网应用系统
联网应用系统主要是指上位机管理系统，通过图形化界面方便操作人员直观的对设备进行管理。实现智能停车场系统参数设置与实时监控、交通指示灯系统的参数设置与实时监控、ET子系统的参数设置与实时监控、环境监测站系统的实时监控、危险路段系统监控、物联网应用系统监视以及各系统的联合调度等功能。
13.物联网实训智能车
智能实训车与网关系统使用ZigBee无线网络实现互联模拟车联网，采用7路AGV磁导航传感器实现自主导航，通过使用13.56MHz读写模块读取路下埋设的RFID卡片判断位置可进行多路径自主选择，配合系统的起停、左右转弯等命令实现各种高级控制，如实现十字路口红绿灯通过、智能停车场、路径随意规划等功能。
14.VR虚拟显示应用系统
本系统结合当下火热的虚拟现实技术，结合设备特别开发，可在VR里跟踪车辆的实时运动状态，其沉浸式的体验感，可增加学员的开发学习兴趣。通过APP模拟一个的AI智慧城市场景，以3D方式呈现在用户眼前，用户身处一辆游览车内，随着沙盘上小车的运行用户所乘坐的游览车会随之运动，行驶在3D场景内。随着游览车的运行可以看到整个3D场景，包括建筑、公交车站、ETC、红绿灯、智能停车场等场景，模拟真实的交通；
沙盘上传感器数据直接会影响3D场景中的天气等信息，如雨滴传感器有数据3D场景中就会下雨；
15.移动终端控制
用户可通过手机终端、PAD或其它Android设备访问AI智慧城市综合实训系统，实现实训系统环境信息、公交信息以、高速路段信息等的实时状态查询。
16.智能网关系统
智能网关系统主要实现数据汇总、数据分析、数据上传与交互功能，物联网网关将智能公交、交通指示灯、ETC控制、智能停车场、危险路段监视、环境监测、物联网应用、智能路灯、车流量监测等系统的数据实现汇总与上传服务器，以供物联网应用系统进行有效调度，同时将物联网应用系统的指令进行转发，下达至各个系统。
智能网关系统主要包含物联网网关、无线协调器以及无线路由器，无线协调器实现物联网网关与各个系统之间的无线互联，实时信息的传递。无线路由器实现局域网内物联网应用系统与物联网关的互联，以及与外网的连接。
17.物联网云服务器
物联网云服务器使用户可远程访问AI智慧城市实训系统，提供web访问与控制。系统可通过web方式提供服务，用户可以通过internet网中任意计算机访问系统。
图3智慧城市PC界面
